9000m钻机固控系统的设计研究

摘要

固控系统是钻机的重要组成部分，为钻井液净化、循环和储存提供了设备和场所。本文针对中东地区的9000m钻机配套，从工艺流程、设备选型和结构设计对钻机固控系统进行了设计研究。 固控系统的设计要以钻井工艺为前提，既可以满足最大钻井排量的净化和循环要求，又能满足最大密度钻井液的配制要求。首先，对固控设备净化、钻井泵吸入、混合吸入和混合排出等工艺流程进行了设计；其次，计算了循环排量、系统容积等参数，对固控设备及其布置进行了设计。选择了用于未加重钻井液的除砂器、除泥器，同时配套了适用于加重钻井液的两台钻井液清洁器；再次，基于Solidworks Simulation对钻井液罐的起吊和重载两种工况进行了有限元分析，对大袋提升装置进行了强度和稳定性进行了研究。研究结果表明，固控系统的结构设计和材料选择可以满足设计要求。通过清水试验和重泥浆试验对固控系统进行调试验证，试验结果表明设备匹配性、钻井液罐强度和工艺流程可以满足设计要求。 目前，本套钻机已在中东开始钻井作业，经客户反馈，固控系统的性能稳定，可以满足现场作业使用。在本套固控系统的设计和使用过程中，通过重泥浆试验和现场反馈积累了宝贵的数据和经验，为后期的固控系统设计提供了依据。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状及发展方向

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内外固控系统发展方向

1.3 研究内容

第二章 主要参数和工艺流程的设计

2.1 主要技术参数的设计计算

2.1.1 有效容积的计算

2.1.2 固控系统的净化能力和系统循环排量

2.1.3 钻井液罐参数计算

2.1.4 钻井液泥浆参数确认

2.1.5 其它技术要求

2.2 固控系统的工艺流程设计

2.2.1 净化流程的设计

2.2.2 加重混合与泥浆枪流程的设计

2.2.3 钻井泵吸浆流程的设计

2.2.4 补给计量流程的设计

2.3.5 排放管线的设计

第三章 固控系统设备选型和设计

3.1 钻井泵排量计算

3.2 振动筛

3.3 除气器

3.4 旋流器净化设备

3.4.1 流量要求

3.4.2 压头要求

3.5 离心机

3.6 搅拌器

3.6.1 周转率的计算

3.6.2 功率计算

3.7 固控设备选型

3.8 钻井液罐设计

3.9 大袋提升架设计

第四章 固控系统关键部件的计算分析

4.1 钻井液罐的计算分析

4.1.1 钻井液罐的底座强度分析

4.1.2 钻井液罐的罐体强度分析

4.2大袋提升架结构计算分析

4.2.1 大袋提升架的整体抗倾覆稳定性核算

4.2.2 大袋提升架有限元分析

4.3 本章小结

第五章 固控系统循环测试试验

5.1 清水试验

5.1.1 试验目的

5.1.2 试验仪器及其它

5.1.3 试验过程及检验结果

5.2重泥浆试验

5.2.2 试验仪器及其它

5.2.3 试验过程

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致 谢